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188宝金博页面版: GPU加速的化学反应分子动力学(ReaxFF)程序GMD-Reax1

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内容提示: 04.OP26GPu加速的化学反应分子动力学(ReaxFF)程序GA∞.Reaxl郑默l,2李晓霞1郭力11.中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室,北京100190;2.中国科学院大学,北京100049,拙meng@home.ipe.ac.cn关键词:反应分子动力学ReaxFF,GPu,GMD.ReaX,煤热解摘要:化学反应分子动力学Re觚FF(Reactive force jfield)是由宾夕法尼亚大学的A血C.T.van Duinl等提出的分子动力学反应力场。Rea)【FF引入键级BO(Bond 0rder)的概念来模拟化学体系的运动规律,可获得每个粒子及其相互关系的动态描述,通过量子计算和实验数据,将粒子与粒子之间的相互作用参数(包括粒子本身、键、角,扭转等性质)...

文档格式:PDF | 页数:2 | 浏览次数:598 | 上传日期:2016-01-17 08:44:12 | 文档星级:
04.OP26GPu加速的化学反应分子动力学(ReaxFF)程序GA∞.Reaxl郑默l,2李晓霞1郭力11.中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室,北京100190;2.中国科学院大学,北京100049,拙meng@home.ipe.ac.cn关键词:反应分子动力学ReaxFF,GPu,GMD.ReaX,煤热解摘要:化学反应分子动力学Re觚FF(Reactive force jfield)是由宾夕法尼亚大学的A血C.T.van Duinl等提出的分子动力学反应力场。Rea)【FF引入键级BO(Bond 0rder)的概念来模拟化学体系的运动规律,可获得每个粒子及其相互关系的动态描述,通过量子计算和实验数据,将粒子与粒子之间的相互作用参数(包括粒子本身、键、角,扭转等性质)细致化,得到一个准确、具有反应性的原子体系动态模拟方式,主要用来模拟键的生成和断裂且不必预先定义反应路径。与密度泛函理论或经典分子动力学(经典MD)相比,ReaXFF MD可以模拟较大的体系且具有较高的准确度。根据van Duin的研究成果2,Re脚F MD比量子力学快一个数量级(NlogNvsN3)。但由于算法要满足描述化学反应的需要,与经典MD相比,Rea)【FF MD仍然慢了20~50倍左右,其模拟的时空尺度还不能满足研究的需求。要利用ReaXFF模拟复杂体系,提高运行效率,扩大模拟规模,并行策略成为首选。近几年来,GPU图形处理单元(Gr刁lphic ProcessiIlg U_nit)应用于高性能科学计算,特别是分子动力学计算的尝试成为热点3,国际上相关的进展日新月异,利用GPU并行提升经典MD模拟时空尺度的能力、特别是在桌面计算机上进行大规模体系MD模拟的前景逐步明朗。如果利用GPU加速ReaXFF反应分子动力学模拟,则可将计算化学反应体系的能力提高到数万个原子甚至更多,从而使一些大规模体系的复杂化学反应在桌面计算机上的模拟成为可能。本课题组建立了国际上首个基于单GPU加速的反应分子动力学程序GMD—Reax4,目前拥有单精度和双精度两个版本。GMD.Rea)【充分利用GPU强大的流处理器和CuDA支持大量线程级并行的特点,针对Rea)【FF算法中各项势能作用分别采用不同的计算任务组织策略以提升整体性能。采用不同规模体系算例进行测试表明,GMD.Reax单节点单精度计算能力是LAMMPS平台上的reax程序(FortraI】版本,van Duin编写)的4.5—12倍,是LAMMPS平台上、经过充分优化的user-rea酊c程序(C版本,普渡大学的Aktulga博士编写)的2.5.6倍。目前GMD.Reax已成功应用于煤热解体系的模拟5,模拟体系最多含有28368个粒子。为了进一步提高Rea)【FF MD的模拟规模,利用消息传递编程模型MPI结合GMD.R-eaX尝试建立单节点多卡的MPI-GMD—ReaX程序。在单节点四块GPU卡的前提下,可将ReaXFF MD在桌面计算机上的模拟规模提升至十万个原子。基金项目:中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室自主课题(肝cs一2012一A-05)和国家自然科学基金(批准号:21073195)176

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